近红外与远红外线的区别(2021)
发布时间: 2021-01-13   45 次浏览   

太阳光线大致可分为可见光及不可见光。可见光经三棱镜后会折射出紫、蓝、青、绿、黄、橙、红颜色的光线(光谱)。红光外侧的光线,在光谱中波长自0.77μm至1000μm的一段被称为红外光,又称红外线。 红外线属于电磁波的范畴,是一种具有强热作用的电磁波。红外线的波长范围很宽,人们将不同波长范围的红外线分为近红外、中红外和远红外区域,相对应波长的电磁波称为近红外线、中红外线及远红外线。 红外线是一种光波,它的波长比无线电波短,比可见光长。肉眼看不到红外线,任何物体都发射着红外线。热物体的红外线辐射比冷物体强。


远红外线概况

自然界有无数的远红外放射源:宇宙星体、太阳;地球上的海洋、山岭、岩石、土壤、森林、城市、乡村、以及人类生产制造出来的各种物品,凡在绝对零度(-273.15℃)以上的环境,无所不有地发射出不同程度的红外线。现代物理学称之为热射线。由能量守恒定律得知,宇宙的总能量不会增加,也不会减少,只可以改变能量的方式。热能便是宇宙能量的一种,可以用放射(辐射)、传导和对流的方式进行转换。在放射的过程中,便有一部份热能形成红外线。红外线放射速度与可见光线相同,而且能够像光一样直线前进;如果使用反射板,便能改变它的传导方向。

几十年前,航天科学家对处于真空、失重、超低温、过负荷状态的宇宙飞船内的人类生存条件进行调查研究,得知太阳光当中波长为 6000~15000纳米的远红外线是生物生存必不可少的因素。因此,人们把这一段波长的远红外线称为“生命光波”。这一段波长的光线,与人体发射出来的远红外线的波长相近,能与生物体内细胞的水分子产生最有效的“共振”,同时具备了渗透性能,有效地促进动物及植物的生长。

远红外线产生

产生远红外线主要方法选择热交换能力强、能放射特定波长远红外线的材料,然后加工制造成各种形式、各种用途的的产品。远红外线纤维产品所采用的材料能有效放射5.6um-15um的远红外线,占整体波长90%以上。常用发生远红外线的材料和产品有如下种类:

1.生物炭:例如高温竹炭、备长炭、竹炭粉、竹炭粉纤维以及各种制品等。

2.碳纤维制品:例如用来取暖的碳纤维地暖片、碳纤维发热电缆、碳纤维暖气片等,在产生热量的同时,会产生85%左右的远红外线来辐射热量。

3.电气石:例如电气石原矿、电气石颗粒、电气石粉、电气石微粉纺织纤维以及各种制品等。

4.远红外陶瓷:例如利用电气石、神山麦饭石、桂阳石、火山岩等高负离子、远红外材料按照不同的比例配各种用途的陶瓷材料,再烧制成各种用途的产品。

5.远红外陶瓷制品:例如远红外陶瓷球、陶瓷装饰建材、陶瓷涂料、陶瓷酒具餐具、陶瓷灯具、陶瓷工艺品、陶瓷微粉纺织纤维、陶瓷能量板、家用电器陶瓷元件等等。

6.金属氧化物及碳化硅:致密多孔的金属氧化物薄膜如氧化铝、氧化铜、氧化银,以及疏松多孔的碳化硅物质,在温度高于150摄氏度时发出的远红外线,波长主要集中在8~13微米,是石英管﹑红外线灯泡﹑线管之类产品始终无法达到的。

广西地区地质结构奇特,远古时代火山活跃,稀散矿物和特种矿物资源极其丰富。随着当今世界环保和健康潮流的兴起,各种性能奇特的非金属矿物材料已经成为当前热门的远红外材料家族的主要成员。

红外线种类划分

根据使用者的要求不同,红外线划分范围很不相同。

把能通过大气的三个波段划分为:

近红外波段 1~3微米

中红外波段 3~5微米

远红外波段 8~14微米

根据红外光谱划分为:

近红外波段 1~3微米

中红外波段 3~40微米

远红外波段 40~1000微米

医学领域中常常如此划分:

近红外区 0.76~3微米

中红外区 3~30微米

远红外区 30~1000微米

近红外线或称短波红外线,波长0.76~1.5微米,穿入人体组织较深,约5~10毫米;远红外线或称长波红外线,波长1.5~400微米,多被表层皮肤吸取,穿透组织深度小于2毫米。(但在实际应用中通常把2.5微米以上的红外线通称为远红外线。)

近红外线概述

近红外光谱(NIR)分析技术是分析化学领域迅猛发展的高新分析技术,越来越引起国内外分析专家的注目,在分析化学领域被誉为分析“巨人”,它的出现可以说带来了又一次分析技术的革命。

近红外区域是人们最早发现的非可见光区域。但由于物质在该谱区的倍频和合频吸取信号弱,谱带重叠,解析复杂,受当时的技术水平限制,近红外光谱“沉睡” 了近一个半世纪。直到20世纪60年代,随着商品化仪器的出现及Norris等人所做的大量工作,提出物质的含量与近红外区内多个不同的波长点吸取峰呈线性关系的理论,并利用NIR漫反射技术测定了农产品中的水分、蛋白、脂肪等成分,才使得近红外光谱技术曾经在农副产品分析中得到广泛应用。

到60年代中后期,随着各种新的分析技术的出现,加之经典近红外光谱分析技术暴露出的灵敏度低、抗干扰性差的弱点,使人们淡漠了该技术在分析测试中的应用,此后,近红外光谱进入了一个沉默的时期。70年代产生的化学计量学(Chemometrics)学科的重要组成部分——多元校正技术在光谱分析中的成功应用,促进了近红外光谱技术的推广。到80年代后期,计算机技术的迅速发展,带动了分析仪器的数字化和化学计量学的发展,通过化学计量学方法在解决光谱信息提取和背景干扰方面取得的良好效果,加之近红外光谱在测样技术上所独有的特点,使人们重新认识了近红外光谱的价值,近红外光谱在各领域中的应用研究陆续展开。

进入90年代,近红外光谱在工业领域中的应用全面展开,有关近红外光谱的研究及应用文献几乎呈指数增长,成为发展最快、最引人注目的一门独立的分析技术。由于近红外光在常规光纤中具有良好的传输特性,使近红外光谱在在线分析领域也得到了很好的应用,并取得良好的社会效益和经济效益,从此近红外光谱技术进入一个快速发展的新时期。

近红外线特点

近红外光(Near Infrared,NIR)是介于可见光(ⅥS)和中红外光(MIR)之间的电磁波,按ASTM(美国试验和材料检测协会)定义是指波长在780~2526nm范围内的电磁波,习惯上又将近红外区划分为近红外短波(780~1100nm)和近红外长波(1100~2526nm)两个区域。

近红外光谱属于分子振动光谱的倍频和主频吸取光谱,主要是由于分子振动的非谐振性使分子振动从基态向高能级跃迁时产生的,具有较强的穿透能力。近红外光主要是对含氢基团X-H(X=C、N、O)振动的倍频和合频吸取,其中包含了大多数类型有机化合物的组成和分子结构的信息。由于不同的有机物含有不同的基团,不同的基团有不同的能级,不同的基团和同一基团在不同物理化学环境中对近红外光的吸取波长都有明显差别,且吸取系数小,发热少,因此近红外光谱可作为获取信息的一种有效的载体。近红外光照射时,频率相同的光线和基团将发生共振现象,光的能量通过分子偶极矩的变化传递给分子;而近红外光的频率和样品的振动频率不相同,该频率的红外光就不会被吸取。因此,选用连续改变频率的近红外光照射某样品时, 由于试样对不同频率近红外光的选择性吸取,通过试样后的近红外光线在某些波长范围内会变弱,透射出来的红外光线就携带有机物组分和结构的信息。通过检测器分析透射或反射光线的光密度, 就可以确定该组分的含量。

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